나 혼자 신나서 써보는 헛간과 사다리 역설 (사다리/창고 역설)

전 인터넷 수준의 정보만 가지고 있으며 왜곡된 부분이 있을 수 있습니다.

특수 상대성 이론이라고 다들 들어보셨나요?

특수 상대성 이론은 빛의 속도와 같이 매우 빨리 이동하는 물체를 다루는 물리 이론입니다.

특수 상대성 이론에 의한 현상으론 “동시성의 상대성”, “시간 지연”, “길이 수축”이 있는데요??

요 세 놈이 증말 재밌답니다.

먼저 시간 지연은

이런 사고 실험을 통해 빛의 속력이 변하지 않음을 이용하여 어쩌구 저쩌구 해서

암튼 빨리 움직이는 물체의 시간은 느리게 흐른다! 라는 내용입니다.

이런 느낌~?

두 번째!

길이 수축은…

위 사진과 같이 빠르게 움직이는 물체는 움직이는 방향의 길이가 줄어듭니다!

일단 요 두 가지 현상을 가지고 사고 실험을 해보자고요~?

먼저 길이가 10m인 사다리( 혹은 막대 )를 준비합니다!

그리고 그보다 짧은 길이의 헛간을 준비합니다.

여기서 영희는 땅 위에서 가만히 서서 앞뒷문을 열고 닫을 수 있는 리모컨을 손에 들고 있습니다.

철수는 사다리를 들고 빛에 속도의 절반 혹은 그 이상의 속도로 헛간을 향해 달릴 준비를 합니다.

이 둘의 목표는 철수가 엄청 빠르게 달려서 “길이 수축” 현상이 일어나면!

사다리의 길이가 줄어들어 헛간의 길이보다 짧아질 것이고!

짧아진 사다리가 헛간을 통과하는 그 순간에 문을 닫으면…!?

헛간보다 긴 사다리를 헛간 속에 가둘 수 있을 것이다! 입니다.

이론상(?) 이상한 점은 없습니다!

물론 철수가 급정지를 하면 사다리의 길이가 늘어나 헛간의 양 문을 부술 것이기 때문에,

한 순간만 양 문을 닫고 다시 열기로 했습니다.

이 실험의 결과는 어떻게 됐을까요…?

철수가 빠른 속도로 달려 헛간을 통과하였고, 그 사이에 앞뒷문은 한 번씩 열리고 닫혔습니다!

영희는 성공했다고 신나 하지만, 철수는 실패했다고 합니다!

그 이유는 바로 처음에 말했던 “동시성의 상대성” 현상 때문에 발생한 관측의 차이입니다!

일단 영희의 입장에선 위와 같이 한 순간이긴 하지만 수축된 사다리를 가두는 것을 성공했습니다.

하지만 철수의 입장에선?

철수 자기 자신과 사다리는 정지해있고,

헛간이 본인에게 빛의 절반 혹은 그 이상의 속도로 돌진하는 것이죠!

그렇다면 오히려 헛간의 길이가 수축되어 사다리보다 더 짧아지는 것입니다!?

그리고 위 사진처럼 사다리가 나가기 전에 앞문이 닫혔다가 열리고, 

사다리가 다 들어가니 뒷문이 닫혔다가 열리는 것이 아니겠습니까?

영희가 분명 동시에 닫는다고 하였는데, 시간차를 두고 문을 닫은 것으로 보입니다!

이것이 바로 “동시성의 상대성”으로,

어떤 관측자(영희)에겐 동시에 일어난 사건(앞, 뒷문이 동시에 닫힘)이

다른 관측자(철수)에겐 동시에 일어난 것이 아니다! 라는 현상입니다!

참 신기하죠…?

영희는 동시에 닫았는데…

철수는 그렇게 안 보였으니까요!

신기하죠? 그죠?